JP2009038729A - Ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の障害物検出などに使用される超音波センサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic sensor used for detecting an obstacle in a vehicle.
従来、この種の超音波センサとしては特許文献1に示される構成のものがある。この構成を図7に示している。この超音波センサ21は、図9に示すように、円筒有底形態の筐体22の底部22a内面に圧電振動子23を接着している。さらにこの筐体22の内部には、スポンジ24やシリコンゴム25が設けられている。この超音波センサ21においては、圧電振動子23に電圧信号を入力して例えば70〜40kHzで変形させ(振動させ)、筐体22の共振を利用して超音波を前記底部22a外面から送波し、筐体22で超音波を受波して圧電振動子23を変形させ、該圧電振動子23から電圧信号を出力させる。
上記従来構成の超音波センサ1は、図10に示すように、車両の後バンパ26などに取り付けられるものであり、バンパ26に形成された配置孔26aから前記筐体22の底部22a外面(いわゆるセンサ面)が露出する形態でステー26bにゴム27を介して取り付けられる。そして、車両の後退時に後方障害物の存在の有無を確認するのに用いられる。
As shown in FIG. 10, the ultrasonic sensor 1 having the above-described conventional configuration is attached to a
しかし、この従来構成の超音波センサ21では、幅寸法(径寸法)Hが大きく、車外から大きく見えて意匠的外観が悪く、また小石などの異物が当たる確率が高い。
この対策として、筐体22の幅寸法Hを単純に小さくすることも考えられるが、単に小さくしてしまうと、筐体22の共振周波数が高くなって、超音波の減衰が大きくなって性能が悪くなってしまう。
However, the
As a countermeasure, it is conceivable that the width dimension H of the
これに対して、筐体22の底部22aの厚みを極めて薄く(例えば0.1mm程度)にするという対策をとれば、周波数を低減できるが、筐体22の強度が低下してしまう。さらには、底部22aの撓みも発生するおそれがあって、圧電振動子23との面接触での接着が図りにくいという新たな問題もあった。つまり、圧電振動子23が取り付けられる底部22aの厚みはあまり薄くできないというのが実情である。
On the other hand, if a measure is taken to make the thickness of the
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体強度も強くでき、圧電振動子の取付けも確実に面接着でき、さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる超音波センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the size seen from the transmitting or receiving direction, to reduce the so-called sensor surface, and to increase the housing strength, It is an object of the present invention to provide an ultrasonic sensor capable of reliably bonding the surface of a piezoelectric vibrator and improving the design appearance when mounted on a vehicle.
請求項1の発明によれば、有底形態の筐体の底部内面に取り付けられた圧電振動子が電気信号印加により振動すると、当該筐体が共振し、該筐体の底部と軸部並びに面部とが同期振動する。この場合、面部が超音波送波面部として作用する。また、外部から超音波が送波(反射)されてくると前記面部で受波し軸部を介して筐体の圧電振動子が振動して電気信号が発生する。この場合、前記面部が超音波受波面部として作用する。これら面部及び軸部が前記筐体の前記底部外面に前記圧電振動子と反対方向に延出する形態に設けられていることにより、圧電振動子を含めた筐体部分がばねで、面部及び軸部が質量となり、該筐体を小さくしても、底部の厚みを薄くすることなく共振周波数を低くできる。また、前記面部の大きさも送波又は受波できる大きさであれば良いから、大きくする必要がなく、総じて、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体強度も強くでき、圧電振動子の取付けも確実に面接着でき、さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる。
この場合、前記面部は前記底部より小さい構成として良く(請求項2の発明)、このようにすると、面部をさらに小さくできて、車両に取り付けた場合の意匠的外観がさらに良くなる。
According to the first aspect of the present invention, when the piezoelectric vibrator attached to the bottom inner surface of the bottomed casing is vibrated by applying an electric signal, the casing resonates, and the bottom, shaft, and surface of the casing are resonated. And vibrate synchronously. In this case, the surface portion acts as an ultrasonic wave transmission surface portion. Further, when an ultrasonic wave is transmitted (reflected) from the outside, it is received by the surface portion, and the piezoelectric vibrator of the housing is vibrated through the shaft portion to generate an electric signal. In this case, the surface portion functions as an ultrasonic wave receiving surface portion. The surface portion and the shaft portion are provided on the outer surface of the bottom portion of the casing so as to extend in a direction opposite to the piezoelectric vibrator, so that the casing portion including the piezoelectric vibrator is a spring, and the surface portion and the shaft Even if the portion becomes mass and the casing is reduced, the resonance frequency can be lowered without reducing the thickness of the bottom portion. Further, since the size of the surface portion only needs to be a size that allows transmission or reception, there is no need to increase the size, and overall, the size seen from the direction of transmission or reception can be reduced, and the so-called sensor surface can be reduced. In addition, the housing strength can be increased, the piezoelectric vibrator can be securely attached to the surface, and the design appearance when attached to the vehicle is improved.
In this case, the surface portion may be configured to be smaller than the bottom portion (invention of claim 2), and in this way, the surface portion can be further reduced and the design appearance when attached to the vehicle is further improved.
この場合、超音波を送波又は受波する面部は、当該面部の直交する2軸方向において長さが異なる形状としても良い(請求項3の発明)。このようにすると、次の効果を奏する。すなわち、超音波センサを車両のバンパに取り付け、障害物を検出する場合、水平方向は1つのセンサで検出角度を広くすることが望ましく、垂直方向は路面からの反射波による誤検出を防ぐため、適切な検出角度にすることが望ましい。この点この請求項3の発明によれば、直交する2軸方向において、指向性を異なるものとする(偏指向性を持たせる)ことができ、垂直方向に比べて水平方向の検出角度を広くすることができる。 In this case, the surface portion for transmitting or receiving the ultrasonic wave may have a shape having a different length in the two axial directions perpendicular to the surface portion (invention of claim 3). If it does in this way, there will be the following effects. That is, when an ultrasonic sensor is attached to a bumper of a vehicle and an obstacle is detected, it is desirable to widen the detection angle with one sensor in the horizontal direction, and in the vertical direction to prevent erroneous detection due to reflected waves from the road surface. It is desirable to set an appropriate detection angle. In this respect, according to the third aspect of the present invention, the directivity can be different (provide partial directivity) in the two perpendicular directions, and the detection angle in the horizontal direction is wider than that in the vertical direction. can do.
以下、本発明の第1の実施例につき図1ないし図3を参照して説明する。図1には本発明に係る超音波センサ1の縦断面形状を示し、図2は正面から見た形状を示している。これら図1及び図2において、超音波センサ1は、センサ本体2と、圧電振動子(PZT)3とを備えている。センサ本体2は、例えばアルミニウムの一体成形体から構成されており、筐体4と、軸部5と、面部6とを一体に有する。
筐体4は円筒有底形態をなし、一端側に底部4aを有し他端側に開口4bを有する。この筐体4の底部4aは圧電振動子取付部たるものであり、該底部4aの内面に前記圧電振動子3を面接触状態で接着により取り付けている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a longitudinal sectional shape of an ultrasonic sensor 1 according to the present invention, and FIG. 2 shows a shape seen from the front. 1 and 2, the ultrasonic sensor 1 includes a
The
前記軸部5は、前記底部4aより幅小(径小)な円柱状をなしており、底部4a外面から前記圧電振動子3と反対方向(前記開口4bと反対方向)に延出する形態に形成されている。前記面部6は、円形状をなしており、前記軸部5の先端部に形成されている。この面部6は超音波を送波又は受波するものである。この場合面部6aの大きさ(径寸法)は前記筐体4の底部4aの大きさ(径寸法)とほぼ同等の大きさである。
The
前記筐体4の内部には、スポンジなどの吸音材7、シリコンゴムなどの振動吸収体8が充填されている。また、圧電振動子3用のリード線9、9が該筐体4内部から外部に導出されている。
上記構成の超音波センサ1は、図3に示すように例えば車両のバンパ10に形成された配置孔10aから前記面部6外面(いわゆるセンサ面)が露出する形態でステー10bにゴム11を介して取り付けられる。そして、この超音波センサ1は、車両の後退時に後方障害物の存在の有無を確認するのに用いられる。
The
As shown in FIG. 3, the ultrasonic sensor 1 having the above-described configuration is configured such that, for example, an outer surface (so-called sensor surface) of the
このような本実施例においては、筐体4の底部4a内面に取り付けられた圧電振動子3が電気信号印加により振動すると、当該筐体4が共振し、筐体4の底部4aと軸部5並びに面部6とが同期振動する。この場合、面部6が超音波送波面部として作用する。また、外部から超音波が送波(反射)されてくると前記面部6で受波し軸部5を介して筐体4の圧電振動子3が振動して電気信号が発生する。この場合、前記面部6が超音波受波面部として作用する。これら面部6及び軸部5が前記筐体4の前記底部4a外面に前記圧電振動子3と反対方向に延出する形態に設けられていることにより、圧電振動子3を含めた筐体4部分がばねで、面部6及び軸部5が質量となり、該筐体4を小さくしても、底部4aの厚みを薄くすることなく共振周波数を低くできる。また、前記面部6の大きさも送波又は受波できる大きさであれば良いから、大きくする必要がなく、総じて、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体4強度も強くできる。そして、筐体4の底部4aをさほど薄くしなくてもいいから、底部4a内面(圧電振動子3の取付面)が撓むことがなくて、該内面を平坦面に加工することが容易で、圧電振動子3の取付けも確実に面接着できる。さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる。
In this embodiment, when the
図4ないし図6は本発明の第2の実施例を示しており、この第2の実施例では、次の点が第1の実施例と異なる。
前記軸部5の先端側の部分5aをやや太くし、この部分5aの先端面を超音波送波及び受波のための面部12としている。この面部12は前記筐体4の底部4aより小さい(径小)な構成となっている。なお、図6には、この実施例の超音波センサ1の振動の様子を、FEM(有限要素法、Finite Element Method)による固有値解析結果により示している。この図6の実線は元状態、細線は変形状態を示す。
FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the present invention. This second embodiment is different from the first embodiment in the following points.
A
この第2の実施例によれば、面部12をさらに小さくできて、車両に取り付けた場合の意匠的外観がさらに良くなる。特にこの第2の実施例では、面部12をかなり小さくできるから、例えば2つの超音波センサ1を横に並べてアレイ化した場合、面部12間距離を短く(例えばλ/2の離間距離、40kHzの場合、λ(波長)は8.5mmであるので、λ/2は4.25mm)でき、位相差による測角が可能となり、方位検出精度の向上を図ることができる。ちなみに、従来構成であると、面部は筐体にあって、且つ筐体の大きさが大きいため、超音波センサを並べてアレイ化しても超音波センサ間の距離「λ/2」とすることはできず、超音波センサ間の距離は「λ」、あるいは「2λ」ぐらいであり、位相差による測角ができない。
According to the second embodiment, the
図7ないし図8は本発明の第3の実施例を示しており、この第3の実施例では、次の点が第1の実施例と異なる。
前記面部6の直交する2軸方向(x方向、y方向)においてx方向の長さL1とy方向の長さL2が異なる形状としている(L1<L2)。
7 to 8 show a third embodiment of the present invention. This third embodiment differs from the first embodiment in the following points.
A length L1 in the x direction and a length L2 in the y direction are different from each other in the two axial directions (x direction, y direction) of the surface portion 6 (L1 <L2).
この第3の実施例によれば、x方向、y方向において、指向性を異なるものとする(偏指向性を持たせる)ことができる。例えば車両のバンパに取り付け場合、x方向(短手方向)を水平方向、y方向(長手方向)を垂直方向となるように取り付けることで水平方向は検出角度を広く、垂直方向(路面方向)は検出角度を狭くすることができる。 According to the third embodiment, it is possible to make the directivities different (provide partial directivity) in the x direction and the y direction. For example, when mounting on a bumper of a vehicle, the horizontal direction has a wide detection angle by attaching the x direction (short direction) to the horizontal direction and the y direction (longitudinal direction) to the vertical direction, and the vertical direction (road surface direction) is The detection angle can be narrowed.
なお、第3の実施例における面部形状は2軸方向の長さが異なれば良いので特に形状は限定されず、長方形でも、楕円形でも、その他形状でも良い。
本発明は、上記各実施例に限定されず、次のように変更して実施しても良い。
筐体と、軸部とは溶接などにより一体化しても良い。センサ本体(筐体、軸部、面部)はアルミニウム以外にも、真鍮などでも良い。面部6は超音波送波専用でも、又は受波専用でも良い。
The shape of the surface portion in the third embodiment is not particularly limited as long as the length in the biaxial direction is different, and may be rectangular, elliptical, or other shapes.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be modified as follows.
The housing and the shaft portion may be integrated by welding or the like. The sensor body (housing, shaft portion, surface portion) may be brass or the like in addition to aluminum. The
図面中、1は超音波センサ、2はセンサ本体、3は圧電振動子、4は筐体、5は軸部、6は面部、10はバンパ、12は面部を示す。 In the drawings, 1 is an ultrasonic sensor, 2 is a sensor body, 3 is a piezoelectric vibrator, 4 is a housing, 5 is a shaft portion, 6 is a surface portion, 10 is a bumper, and 12 is a surface portion.
Claims (3)
この筐体の底部内面に取り付けられた圧電振動子と、
前記筐体の前記底部外面に前記圧電振動子と反対方向に延出する形態に設けられ前記底部より幅小な軸部と、
この軸部の先端部に設けられ超音波を送波又は受波する面部と
を備えてなる超音波センサ。 A bottomed housing;
A piezoelectric vibrator attached to the bottom inner surface of the housing;
A shaft portion provided in a form extending in the opposite direction to the piezoelectric vibrator on the outer surface of the bottom portion of the housing, and having a width smaller than the bottom portion,
An ultrasonic sensor comprising a surface portion that is provided at a tip portion of the shaft portion and transmits or receives ultrasonic waves.
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